KR101836997B1 - Gamma-ray detection apparatus based on scintillator and the method thereof - Google Patents

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KR101836997B1
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김경자
최이레
이경범
이응석
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한국지질자원연구원
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    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
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Abstract

The present invention provides a gamma-ray detection apparatus based on a scintillator and a method thereof, wherein the gamma-ray detection apparatus comprises: a scintillator generating a flash; a photomultiplier tube receiving the flash to be amplified to a size of a signal that can be detected to charge electric charge, and outputting the electric charge that is charged; a preamplifier receiving the electric charge to be amplified, and removing noise to output constant voltage; a main amplifier outputting a pulse signal by pulse shaping and amplifying the constant voltage; and a multichannel analyzer classifying, collecting, and storing the pulse signal in accordance with a height of a pulse.

Description

섬광체 기반 감마선 검출 장치 및 그 방법{GAMMA-RAY DETECTION APPARATUS BASED ON SCINTILLATOR AND THE METHOD THEREOF}[0001] GAMMA-RAY DETECTION APPARATUS BASED ON SCINTILLATOR AND THE METHOD THEREOF [0002]

본 발명은 섬광체 기반 감마선 검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 온도 변화에 관계없이 항상 전치 증폭기의 출력크기를 일정하게 할 수 있는 섬광체 기반 감마선 검출 장치 및 그 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a scintillator-based gamma-ray detection apparatus and method which can always keep the output size of a pre-amplifier constant regardless of a temperature change.

일반적으로 섬광체 기반 감마선 검출기에 포함된 광전자증배관(PMT: photomultiplier)은 입력된 전자를 증폭시키며 전압(voltage) 신호를 출력한다.In general, a photomultiplier (PMT) included in a scintillator-based gamma-ray detector amplifies an input electron and outputs a voltage signal.

또한, 출력된 전압 신호를 더욱 증폭시키기 위해 전압 민감형(Voltage sensitive) 방식이 적용된 전치증폭기(preamplifier)가 일반적으로 이용되고 있다.In addition, a preamplifier to which a voltage sensitive method is applied is generally used to further amplify the output voltage signal.

그러나 우주 환경 등의 온도가 극심하게 변하는 환경에서 종래의 전압 민감형 방식이 적용된 섬광체 기반 감마선 검출기에서는 일정한 전압 출력을 얻을 수 없다는 문제점이 있다. 예를 들어, 온도의 극심한 변화에 의해 검출기 내부의 다이오드 상에서의 누설전류(Leakage current)에 의해 고유의 커패시턴스(Capacitance)를 일정하게 유지할 수 없기 때문에, 전압 민감형 방식이 적용된 섬광체 기반 감마선 검출기에서는 일정한 전압 출력을 얻을 수 없다.However, in a scintillator-based gamma-ray detector to which a conventional voltage-sensitive system is applied in an environment where the temperature of the space environment changes extreme, there is a problem that a constant voltage output can not be obtained. For example, due to the extreme change in temperature, the inherent capacitance can not be kept constant due to the leakage current on the diode inside the detector. Therefore, in a scintillator-based gamma-ray detector to which a voltage- Voltage output can not be obtained.

한국등록특허 10-1524453Korean Patent No. 10-1524453

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 별도의 추가적인 구성을 구비하지 않더라도 온도 변화에 관계없이 항상 전치 증폭기의 출력크기를 일정하게 할 수 있는 섬광체 기반 감마선 검출 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a scintillator-based gamma-ray detection apparatus and method thereof capable of constantly controlling output amplitude of a preamplifier, The purpose is to provide.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 섬광체 기반 감마선 검출 장치는 섬광을 발생하는 섬광기와, 상기 섬광을 입력받아 검출 가능한 신호의 크기로 증배하여 전하를 차아지(charge)하고, 차아지된 상기 전하를 출력하는 광전자증배관과, 상기 전하를 입력받아 증폭하고 잡음을 제거하여 일정한 전압을 출력하는 전치증폭기와, 상기 일정한 전압을 펄스 성형(shaping) 및 증폭하여 펄스 신호를 출력하는 주증폭기, 및 상기 펄스 신호를 펄스의 높이에 따라 분류, 수집, 및 저장하는 다중채널분석기를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a scintillator-based gamma-ray detection apparatus comprising: a scintillator for generating scintillation light; a scintillator for scintillating the scintillation-based gamma- A main amplifier for shaping and amplifying the constant voltage to output a pulse signal, and a control unit for controlling the main amplifier to output the pulse signal, And a multi-channel analyzer for sorting, collecting, and storing the pulse signal according to the height of the pulse.

또한, 상기 광전자증배관은 상기 섬광기의 섬광을 입력받아 전자 방출을 하는 광음극과, 방출된 상기 전자의 증배 작용을 하는 복수의 다이노드, 및 출력단이 적어도 하나의 캐패시터로 이루어지며, 증배된 상기 전자로 이루어진 전하를 출력하는 애노드를 포함할 수 있다.The photomultiplier tube includes a photocathode receiving the scintillation light of the scintillator and emitting electrons, a plurality of die nodes for multiplying the emitted electrons, and an output terminal formed of at least one capacitor, And an anode for outputting the charge made of the electrons.

또한, 상기 전치증폭기는 상기 광전자증배관으로부터 출력된 전하를 입력받아 증폭하는 연산증폭기 및 상기 연산증폭기의 입력단과 출력단 사이에 병렬로 연결된 피드백 캐패시터와 피드백 저항을 포함할 수 있다.The preamplifier may further include an operational amplifier for receiving and amplifying charges output from the opto-electronic dipole tube, and a feedback capacitor and a feedback resistor connected in parallel between an input terminal and an output terminal of the operational amplifier.

그리고 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 섬광체 기반 감마선 검출 방법은 섬광을 발생하는 단계와, 상기 섬광을 입력받아 검출 가능한 신호의 크기로 증배하여 전하를 차아지(charge)하고, 차아지된 상기 전하를 출력하는 단계와, 상기 전하를 입력받아 증폭하고 잡음을 제거하여 일정한 전압을 출력하는 단계와, 상기 일정한 전압을 펄스 성형(shaping) 및 증폭하여 펄스 신호를 출력하는 단계, 및 상기 펄스 신호를 펄스의 높이에 따라 분류, 수집, 및 저장하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a scintillator-based gamma-ray detection method comprising the steps of generating a scintillation light, charging the scintillation light to a magnitude of a detectable signal, charging the scintillation charge, A step of outputting a charge, a step of receiving and amplifying the charge, removing noises and outputting a constant voltage, shaping and amplifying the constant voltage to output a pulse signal, And classifying, collecting, and storing according to the height of the pulse.

또한, 상기 전하를 차아지하고, 차아지된 상기 전하를 출력하는 단계는 상기 섬광을 입력받아 전자 방출을 하는 단계와, 방출된 상기 전자의 증배 작용을 하는 단계, 및 광전자증배관의 출력단이 적어도 하나의 캐패시터로 이루어져 증배된 상기 전자로 이루어진 전하를 차아지하고, 차아지된 상기 전하를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the step of charging the charge and outputting the charged charge may include the steps of emitting electrons by receiving the scintillation light, performing a function of multiplying the emitted electrons, And a step of outputting the charged charge by subtracting the charge of the electrons, which is made up of one capacitor, and outputting the charged charge.

또한, 상기 일정한 전압을 출력하는 단계는 상기 전하를 입력받아 증폭하는 연산증폭기의 입력단과 출력단 사이에 병렬로 연결된 피드백 캐패시터와 피드백 저항에 의한 감쇠기간 이후에 일정한 전압을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.The step of outputting the constant voltage may include outputting a constant voltage after the decay period by the feedback capacitor and the feedback resistor connected in parallel between the input and output of the operational amplifier for receiving and amplifying the charge, .

상기와 같은 본 발명에 따른 섬광체 기반 감마선 검출 장치 및 그 방법은 섬광기의 섬광을 입력받아 전압 신호의 형태로 출력하지 않고 증배된 전하를 차아지하고, 차아지된 전하를 출력하는 광전자증배관 및 출력된 전하를 입력받아 증폭 및 잡음 제거하여 온도변화에 상관없이 일정한 전압을 출력하는 전치증폭기를 포함함으로써, 별도의 추가적인 구성을 구비하지 않더라도 온도 변화에 관계없이 항상 전치 증폭기의 출력크기를 일정하게 할 수 있기 때문에, 온도가 극심하게 변화하는 열악한 우주 환경에서 진행되는 행성 탐사용 섬광체 기반 감마선 검출기에서 잡음이 적고 안정적인 출력을 얻을 수 있는 효과를 제공한다.The gamma ray detection apparatus and method according to the present invention as described above and the method for detecting gamma rays according to the present invention include a photomultiplier tube for receiving the scintillation light of the scintillator and outputting the charged charge without outputting the scintillation light in the form of a voltage signal, And a preamplifier that receives the output charge and amplifies and removes noise to output a constant voltage irrespective of the temperature change. Thus, the output amplitude of the preamplifier is always kept constant regardless of the temperature change , It provides the effect of obtaining low noise and stable output in a scintillator-based gamma-ray detector using a planetary probe in a harshly changing temperature environment.

도 1은 실시예에 따른 섬광체 기반 감마선 검출 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1의 광전자증배관 및 전치증폭기를 나타낸 개략도이다.
도 3은 도 2의 광전자증배관에 포함된 전압 분배기를 나타낸 개략도이다.
도 4는 도 2의 전치증폭기의 일정한 전압 출력을 나타낸 개략도이다.
도 5는 실시예에 따른 섬광체 기반 감마선 검출 방법을 나타내는 순서도이다.FIG. 1 is a block diagram illustrating a scintillator-based gamma ray detection apparatus according to an embodiment.
2 is a schematic diagram showing the optoelectronic amplifier and the preamplifier of FIG.
3 is a schematic diagram showing a voltage divider included in the optoelectronic multiplier of FIG.
4 is a schematic diagram showing a constant voltage output of the preamplifier of FIG.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a scintillator-based gamma ray detection method according to an embodiment.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 단어 "예시적인" 은 "예로서, 일례로서, 또는 예증으로서 역할을 한다."라는 것을 의미하기 위해 이용된다. "예시적"으로서 본 명세서에서 설명된 임의의 양태들은 다른 양태들에 비해 반드시 선호되거나 또는 유리하다는 것으로서 해석되어야 하는 것만은 아니다.The embodiments according to the concept of the present invention can be variously modified and can take various forms, so that specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the specification or the application. It is to be understood, however, that the intention is not to limit the embodiments according to the concepts of the invention to the specific forms of disclosure, and that the invention includes all modifications, equivalents and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Also, the word "exemplary" is used herein to mean "serving as an example, instance, or illustration." Any aspect described herein as "exemplary " is not necessarily to be construed as preferred or advantageous over other aspects.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises ", or" having ", or the like, specify that there is a stated feature, number, step, operation, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.

이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings showing embodiments of the present invention.

도 1은 실시예에 따른 섬광체 기반 감마선 검출 장치를 나타낸 블록도이고, 도 2는 도 1의 광전자증배관 및 전치증폭기를 나타낸 개략도이다. 그리고 도 3은 도 2의 광전자증배관에 포함된 전압 분배기를 나타낸 개략도이고, 도 4는 도 2의 전치증폭기의 일정한 전압 출력을 나타낸 개략도이다.FIG. 1 is a block diagram showing a scintillator-based gamma ray detecting apparatus according to an embodiment, and FIG. 2 is a schematic diagram showing a photomultiplier and a preamplifier of FIG. And FIG. 3 is a schematic diagram showing a voltage divider included in the optoelectronic amplifier of FIG. 2, and FIG. 4 is a schematic diagram showing a constant voltage output of the preamplifier of FIG.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 섬광체 기반 감마선 검출 장치는 섬광기(10), 광전자증배관(PMT: photomultiplier)(30), 전하 민감형 전치증폭기(50), 주증폭기(70), 및 다중채널분석기(90)를 포함한다. 여기서, 실시예에 따른 섬광체 기반 감마선 검출 장치는 도시하지 않았으나, 다중채널분석기(90)의 분류, 수집, 및 저장된 신호 정보를 사용자에게 표시하는 출력부를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력부는 디스플레이를 포함하여 다중채널분석기(90)의 신호 정보를 사용자에게 표시할 수 있다.1 to 4, a scintillator-based gamma ray detecting apparatus according to an embodiment includes a scintillator 10, a photomultiplier (PMT) 30, a charge sensitive preamplifier 50, a main amplifier (70), and a multi-channel analyzer (90). Here, although not shown, the scintillator-based gamma ray detecting apparatus according to the embodiment may further include an output unit for classifying, collecting, and displaying stored signal information to a user. For example, the output may include a display to display signal information of the multi-channel analyzer 90 to a user.

섬광기(10)는 감마선이 입사되면 섬광을 발생한다. The scintillator 10 generates scintillation when a gamma ray is incident.

광전자증배관(30)은 입력된 섬광기(10)의 섬광을 검출 가능한 신호의 크기로 증배하고 증배된 전하를 차아지(charge)하고, 차아지된 상기 전하를 출력한다. 여기서, 섬광기(10)는 광전자증배관(30)에 부착될 수 있다.The photomultiplier 30 increases the scintillation of the inputted scintillator 10 to a magnitude of a detectable signal, charges the multiplied charge, and outputs the charged charge. Here, the scintillator 10 may be attached to the photomultiplier 30.

또한, 광전자증배관(30)은 광음극(photocathode)(31), 복수의 다이노드(dynode)(33), 전압 분배기(voltage divider)(35), 및 애노드(anode)(37)를 포함한다.The photomultiplier 30 also includes a photocathode 31, a plurality of dynodes 33, a voltage divider 35, and an anode 37 .

이때, 광전자증배관(30)의 안정을 위해서는 고압전원(H)이 공급되어야 한다.At this time, a high-voltage power source H must be supplied to stabilize the photo-multiplier 30.

광음극(31)은 섬광기(10)의 섬광을 입력받아 전자 방출을 하는 음극이다. 즉, 광음극(31)은 광전효과에 의해 일정 주파수 이상의 빛을 받으면 전자 즉 광전자를 방출한다.The photocathode 31 is a negative electrode that receives the flash of the scintillator 10 and emits electrons. That is, the photocathode 31 emits electrons, that is, photoelectrons when it receives light above a certain frequency by the photoelectric effect.

다이노드(33)는 전자류의 증배 작용을 하는 전극으로서, 2차 전자 방출 물질이 발라져 있는 극판이다.The die node 33 is an electrode for multiplying the electron flow, and is an electrode plate coated with a secondary electron emission material.

다이노드(33)는 광음극(31)에서 방출된 광전자를 입력받아 2차 전자를 방출함으로써 입력 신호를 증폭한다. 여기서, 다이노드(33)는 10~14단 정도로 구성될 수 있으며, 모양이 원형, 상자형, 블라인드형 등으로 이루어질 수 있다.The die node 33 receives the photoelectrons emitted from the photo cathode 31 and emits secondary electrons to amplify the input signal. Here, the die node 33 may be composed of about 10 to 14 stages and may have a circular shape, a box shape, a blind shape, or the like.

전압 분배기(35)는 복수의 저항(R1 내지 R13) 및 복수의 캐패시터(C1 내지 C5)를 포함한 RC회로를 통해 고압전원(H)으로부터의 음전압을 분압한다. 여기서, 분압된 음전압은 서로 다른 전압값을 가질 수 있다.The voltage divider 35 divides the negative voltage from the high voltage power source H through an RC circuit including a plurality of resistors R 1 to R 13 and a plurality of capacitors C 1 to C 5 . Here, the divided negative voltages may have different voltage values.

즉, 전압 분배기(35)는 RC회로를 통해 분압된 음전압을 광음극(31)과 해당된 각 다이노드(Dy1 내지 Dy10)로 공급한다.That is, the voltage divider 35 supplies the negative voltage divided by the RC circuit to the photocathode 31 and each of the corresponding die nodes D y1 to D y10 .

애노드(37)는 양극이다. 이때, 광음극(31)에서 방출된 광전자는 복수의 다이노드(33)를 거쳐 증폭되고, 애노드(37)에 이르러 외부 장비로 읽을 수 있는 정도로 증폭되고 출력한다.The anode 37 is a positive electrode. At this time, the photoelectrons emitted from the photocathode 31 are amplified through a plurality of die nodes 33, and are amplified and output to the anode 37 to such an extent that they can be read by external equipment.

이러한 광전자증배관(30)은 도 3에 도시된 바와 같이, 애노드(37)의 출력단 즉 광전자증배관(30)의 출력단이 저항 없이 캐패시터(C5)만으로 이루어지기 때문에, 증배된 광전자로 이루어진 전하를 캐패시터(C5)에 의해 차아지(charge)하고, 차아지된 전하를 출력한다.3, since the output terminal of the anode 37, that is, the output terminal of the photoelectron-amplifying tube 30, is made of only the capacitor C 5 without a resistor, the charge of the photoelectrically- Is charged by the capacitor C 5 , and the charged charge is output.

상술한 바와 같이, 실시예에 따른 섬광체 기반 감마선 검출 장치는 저항 없이 캐패시터(C5)만으로 이루어진 출력단이 구성된 광전자증배관(30)을 포함함으로써, 광전자증배관(30)에서 증배된 광전자로 이루어진 전하를 캐패시터(C5)에 의해 차아지하고 차아지된 전하를 출력하기 때문에, 광전자증배관(30)이 전압 신호의 형태로 출력하지 않고 전하를 차아지하는 역할만 수행하도록 구성할 수 있다.As described above, the scintillator-based gamma ray detecting apparatus according to the embodiment includes the opto-electronic signal amplifying tube 30 constituted by the output of only the capacitor C 5 without the resistor, the capacitor may be configured to perform because of (C 5) to the charge, and the charge outputting the charge by, only the role of a photomultiplier tube 30, the charge difference charge is not output in the form of a voltage signal.

전하 민감형 전치증폭기(50)는 광전자증배관(30)으로부터 출력된 전하를 입력받아 증폭하고 잡음을 제거하여 일정한 전압을 출력한다.The charge sensitive preamplifier 50 receives and amplifies the charge output from the photomultiplier 30, removes noise, and outputs a constant voltage.

즉, 전하 민감형 전치증폭기(50)는 연산증폭기(51), 연산증폭기(51)의 입력단과 출력단 사이에 병렬로 연결된 피드백 캐패시터(53)와 피드백 저항(55)을 포함한다.That is, the charge sensitive preamplifier 50 includes an operational amplifier 51, a feedback capacitor 53 connected in parallel between the input and output terminals of the operational amplifier 51, and a feedback resistor 55.

이때, 전하 민감형 전치증폭기(50)는 피드백 캐패시터(53)와 피드백 저항(55)에 의해 이득이 조절되고, 도 4에 도시된 바와 같이, 피드백 캐패시터(53)와 피드백 저항(55)에 의한 감쇠기간 이후에 일정한 전압을 출력한다.At this time, the charge sensitive preamplifier 50 is controlled by the feedback capacitor 53 and the feedback resistor 55, and the gain is controlled by the feedback capacitor 53 and the feedback resistor 55 as shown in FIG. And outputs a constant voltage after the decay period.

상술한 바와 같이, 실시예에 따른 섬광체 기반 감마선 검출 장치는 연산증폭기(51)의 입력단과 출력단 사이에 병렬로 연결된 피드백 캐패시터(53)와 피드백 저항(55)으로 구성된 전하 민감형 전치증폭기(50)을 포함함으로써, 광전자증배관(30)에서 출력된 전하를 입력받아 온도 변화에 영향을 받지 않는 피드백 캐패시터(53)와 피드백 저항(55)을 이용하여 일정한 전압을 출력하기 때문에, 온도가 극심하게 변화하는 열악한 우주 환경에서도 잡음(noise)이 적고 안정적인 출력을 얻을 수 있다.As described above, the scintillator-based gamma-ray detection apparatus according to the embodiment includes a charge-sensitive preamplifier 50 composed of a feedback capacitor 53 and a feedback resistor 55 connected in parallel between an input terminal and an output terminal of the operational amplifier 51, A constant voltage is output using the feedback capacitor 53 and the feedback resistor 55 which are not influenced by the temperature change by receiving the electric charge output from the opto-electronicsupplication tube 30. Therefore, It is possible to obtain stable output with less noise even in a harsh space environment.

주증폭기(70)는 전하 민감형 전치증폭기(50)에서 출력된 일정한 전압을 펄스 성형(shaping) 및 증폭하여 가우시안 형태의 펄스(Gaussian pulse shaping) 신호를 출력한다.The main amplifier 70 shapes and amplifies a constant voltage output from the charge sensitive preamplifier 50 to output a Gaussian pulse shaping signal.

다중채널분석기(90)는 주증폭기(70)에서 출력된 가우시안 형태의 펄스 신호를 펄스의 높이에 따라 분류, 수집, 및 저장한다.The multi-channel analyzer 90 classifies, collects, and stores the Gaussian pulse signal output from the main amplifier 70 according to the height of the pulse.

이러한 구성을 가진 실시예에 따른 섬광체 기반 감마선 검출 장치의 동작에 관하여 설명하면 다음과 같다.The operation of the scintillator-based gamma ray detecting apparatus according to the embodiment having such a configuration will be described as follows.

도 5는 실시예에 따른 섬광체 기반 감마선 검출 방법을 나타내는 순서도이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a scintillator-based gamma ray detection method according to an embodiment.

도 5에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 섬광체 기반 감마선 검출 방법은 우선, 섬광기(10)에 감마선이 입사되면 섬광이 발생한다(S110).5, in the scintillator-based gamma ray detection method according to the embodiment, when a gamma ray is incident on the scintillator 10, flashing occurs (S110).

이후, 섬광기(10)에서 발생된 섬광을 광전자증배관(30)에서 입력받아 검출 가능한 신호의 크기로 증배한다.Thereafter, the scintillation light generated in the scintillator 10 is input to the opto-electronicsupplication tube 30 and multiplied by the magnitude of the detectable signal.

이때, 광전자증배관(30)은 출력단이 저항 없이 캐패시터(C5)만으로 이루어지기 때문에, 증배된 광전자로 이루어진 전하를 캐패시터(C5)에 의해 차아지(charge)하고, 차아지된 전하를 출력한다(S130).At this time, since the output terminal of the opto-electronic expansion tube 30 is made of only the capacitor C 5 without a resistor, the charge made of the multiplied photoelectrons is charged by the capacitor C 5 and the charged charge is output (S130).

그 다음, 광전자증배관(30)에서 출력된 전하를 전하 민감형 전치증폭기(50)에서 입력받아 증폭하고 잡음을 제거하여 일정한 전압을 출력한다(S150).Next, the charge-sensitive preamplifier 50 receives the charge output from the photomultiplier 30, amplifies the charge, removes noise, and outputs a constant voltage (S150).

이때, 전하 민감형 전치증폭기(50)는 연산증폭기(51)의 입력단과 출력단 사이에 병렬로 연결된 피드백 캐패시터(53)와 피드백 저항(55)에 의한 감쇠기간 이후에 일정한 전압을 출력한다.At this time, the charge sensitive preamplifier 50 outputs a constant voltage after the decay period by the feedback capacitor 53 and the feedback resistor 55 connected in parallel between the input and output terminals of the operational amplifier 51.

그 후, 전하 민감형 전치증폭기(50)에서 출력된 일정한 전압을 주증폭기(70)에서 입력받아 펄스 성형(shaping) 및 증폭하여 가우시안 형태의 펄스(Gaussian pulse shaping) 신호를 출력한다(S170).Thereafter, the main amplifier 70 receives the constant voltage output from the charge-sensitive preamplifier 50, shapes and amplifies the pulse, and outputs a Gaussian pulse shaping signal (S170).

계속해서, 주증폭기(70)에서 출력된 가우시안 형태의 펄스 신호를 다중채널분석기(90)에서 입력받아 펄스의 높이에 따라 분류, 수집, 및 저장한다(S170). 그리고 다중채널분석기(90)의 분류, 수집, 및 저장된 신호 정보를 출력하여 사용자에게 표시할 수 있다.Then, the multi-channel analyzer 90 receives the Gaussian pulse signal output from the main amplifier 70, and classifies, collects, and stores the received pulse signal according to the height of the pulse (S170). The multi-channel analyzer 90 may classify, collect, and output stored signal information to display to the user.

상술한 본 발명의 섬광체 기반 감마선 검출 장치 및 그 방법은 섬광기의 섬광을 입력받아 전압 신호의 형태로 출력하지 않고 증배된 전하를 차아지하고, 차아지된 전하를 출력하는 광전자증배관 및 출력된 전하를 입력받아 증폭 및 잡음 제거하여 온도변화에 상관없이 일정한 전압을 출력하는 전치증폭기를 포함한다.The scintillator-based gamma-ray detection apparatus and method of the present invention includes a photomultiplier tube for receiving scintillation light of a scintillator and outputting a charged signal without outputting it as a voltage signal, outputting a charged charge, And a preamplifier that receives charge, amplifies and removes noise, and outputs a constant voltage irrespective of a temperature change.

또한, 본 발명의 섬광체 기반 감마선 검출 장치 및 그 방법은 차아지된 전하를 출력하는 광전자증배관 및 출력된 전하를 입력받아 온도변화에 상관없이 일정한 전압을 출력하는 전치증폭기를 포함함으로써, 온도가 극심하게 변화하는 열악한 우주 환경에서 진행되는 행성 탐사용 섬광체 기반 감마선 검출기에서 잡음이 적고 안정적인 출력을 얻을 수 있다.The gamma-ray detection apparatus and method of the present invention includes a photomultiplier for outputting charged charges and a preamplifier for receiving output charges and outputting a constant voltage regardless of a temperature change, The gamma-ray detectors used in the planetary probes in the unfavorable space environment can produce stable output with low noise.

또한, 상술한 본 발명의 섬광체 기반 감마선 검출 장치 및 그 방법은 프로그램으로 구현된 후 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체의 형태를 가질 수 있다.In addition, the scintillator-based gamma-ray detection apparatus and method of the present invention described above can be implemented as a program and then a computer-readable recording medium.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

10 : 섬광기 30 : 광전자증배관
31 : 광음극 33 : 다이노드
35 : 전압 분배기 37 : 애노드
50 : 전하 민감형 전치증폭기 51 : 연산증폭기
53 : 피드백 캐패시터 55 : 피드백 저항
70 : 주증폭기 90 : 다중채널분석기10: scintillator 30: photomultiplier tube
31: photo cathode 33: die node
35: voltage divider 37: anode
50: charge sensitive preamplifier 51: operational amplifier
53: feedback capacitor 55: feedback resistor
70: main amplifier 90: multi-channel analyzer

Claims (6)

섬광을 발생하는 섬광기;
상기 섬광을 입력받아 검출 가능한 신호의 크기로 증배하여 전하를 차아지(charge)하고, 차아지된 상기 전하를 출력하는 광전자증배관;
상기 전하를 입력받아 증폭하고 잡음을 제거하여 일정한 전압을 출력하는 전치증폭기;
상기 일정한 전압을 펄스 성형(shaping) 및 증폭하여 펄스 신호를 출력하는 주증폭기; 및
상기 펄스 신호를 펄스의 높이에 따라 분류, 수집, 및 저장하는 다중채널분석기;를 포함하고,
상기 광전자증배관은,
상기 섬광기의 섬광을 입력받아 전자 방출을 하는 광음극;
방출된 상기 전자의 증배 작용을 하는 복수의 다이노드;
출력단이 적어도 하나의 캐패시터로 이루어지며, 증배된 상기 전자로 이루어진 전하를 출력하는 애노드;를 포함하는 섬광체 기반 감마선 검출 장치.A scintillator generating a flash;
A photomultiplier to charge the scintillation light to a magnitude of a detectable signal to charge the photomultiplier and output the charged charge;
A preamplifier for receiving and amplifying the charge to remove noise to output a constant voltage;
A main amplifier for shaping and amplifying the constant voltage to output a pulse signal; And
And a multi-channel analyzer for classifying, collecting, and storing the pulse signal according to the height of the pulse,
The photomultiplier tube includes:
A photocathode receiving the scintillation of the scintillator and emitting electrons;
A plurality of die nodes for multiplying the electrons emitted;
And an anode connected to an output terminal of the at least one capacitor and outputting the charge of the electrons multiplied. 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 전치증폭기는,
상기 광전자증배관으로부터 출력된 전하를 입력받아 증폭하는 연산증폭기; 및
상기 연산증폭기의 입력단과 출력단 사이에 병렬로 연결된 피드백 캐패시터와 피드백 저항;
을 포함하는 섬광체 기반 감마선 검출 장치.2. The preamplifier of claim 1,
An operational amplifier for receiving and amplifying the charge output from the photo multiplier; And
A feedback capacitor and a feedback resistor connected in parallel between an input terminal and an output terminal of the operational amplifier;
Based gamma ray detection apparatus. 섬광을 발생하는 단계;
상기 섬광을 입력받아 검출 가능한 신호의 크기로 증배하여 전하를 차아지(charge)하고, 차아지된 상기 전하를 출력하는 단계;
상기 전하를 입력받아 증폭하고 잡음을 제거하여 일정한 전압을 출력하는 단계;
상기 일정한 전압을 펄스 성형(shaping) 및 증폭하여 펄스 신호를 출력하는 단계; 및
상기 펄스 신호를 펄스의 높이에 따라 분류, 수집, 및 저장하는 단계;를 포함하고,
상기 전하를 차아지하고, 차아지된 상기 전하를 출력하는 단계는,
상기 섬광을 입력받아 전자 방출을 하는 단계;
방출된 상기 전자의 증배 작용을 하는 단계;
광전자증배관의 출력단이 적어도 하나의 캐패시터로 이루어져 증배된 상기 전자로 이루어진 전하를 차아지하고, 차아지된 상기 전하를 출력하는 단계;를 포함하는 섬광체 기반 감마선 검출 방법.Generating a flash;
Charging the flash to a magnitude of a detectable signal to charge the charge, and outputting the charged charge;
Receiving the charge, amplifying the charge, removing noise, and outputting a constant voltage;
Shaping and amplifying the constant voltage to output a pulse signal; And
And classifying, collecting, and storing the pulse signal according to the height of the pulse,
The step of charging the charge and outputting the charged charge includes:
Receiving the flash light and emitting electrons;
Performing the multiplication of the emitted electrons;
A method of detecting a gamma ray on a scintillator-based gamma-ray detection method, comprising: outputting a charged charge, the output of the photomultiplier tube being composed of at least one capacitor; 삭제delete 청구항 4에 있어서, 상기 일정한 전압을 출력하는 단계는,
상기 전하를 입력받아 증폭하는 연산증폭기의 입력단과 출력단 사이에 병렬로 연결된 피드백 캐패시터와 피드백 저항에 의한 감쇠기간 이후에 일정한 전압을 출력하는 단계;
를 포함하는 섬광체 기반 감마선 검출 방법.
The method of claim 4, wherein the step of outputting the constant voltage comprises:
Outputting a constant voltage after a decay period by a feedback capacitor and a feedback resistor connected in parallel between an input terminal and an output terminal of the operational amplifier for receiving and amplifying the charge;
Based gamma ray detection method.
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